JP2007181334A - ステッピングモータの駆動方法および駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時のコイル電流が大きくなることを抑制し、起動時間を短縮し、異常な温度上昇を防止するようにしたステッピングモータの駆動方法および駆動装置を提供することにある。
【解決手段】高電圧電源と低電圧電源をモータのコイルへの給電路に切換可能に接続する２電源切換回路と、前記２電源切換回路を制御する制御回路を有する駆動装置であって、前記制御回路は、モータの回転数が所定回転数になる電源切換時までは前記２電源切換回路をＯＦＦにして低電圧電源のみを給電路に接続し、モータが所定回転数以上になったとき２電源切換回路をＯＮにして前記給電路に前記高電圧電源を接続するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はステッピングモータの駆動方法および駆動装置に関し、特には起動時の２電圧電源を用いた駆動方法および駆動装置に関する。

ステッピングモータは同期電動機なので、コイル電流の周波数と回転子速度は比例する。８０００〜１００００ｒｐｍでの高速回転になると、コイル電流の周波数が増大するため、角速度ω（電気角）が増大する。これに伴って、巻線インダクタンスＬと角速度ωとの積であるリアクタンスωＬが増大し、リアクタンスωＬがコイルのインピーダンスのほとんどになる。このため、コイルには電流が流れにくくなり、従って、トルクが減少する。

定電圧（Ｖ）での高速駆動時、１相のコイルの電流は、大略Ｖ／ωＬとなる。

当初から回転子速度が遅い間は、前記のとおりコイル電流の周波数と回転子速度は比例することから、角速度ωは小さく、リアクタンスωＬは小さな値になる。コイルの抵抗分を考慮しても、コイルのインピ−ダンスは小さいので、コイルには大きな電流が流れる。

また、前記起動から回転子速度が遅い間は、駆動パルスの間隔も長くなり、定速までの起動時間が長いため、大きな電流が流れる。

この大きな電流により、１チップに集積された駆動回路等のＩＣ等が誘導電流や発熱等で破壊される恐れがある。

従来、サーマルラインプリンタに使用する紙送り用ステッピングモータおよびカートリッジ駆動用ステッピングモータの駆動装置において、トルクを上げるために電流値を増加させようとすると、抵抗分での発熱が多くなり、また、同じくトルクを上げるためにコイルの巻回数を多くしようとすると、線材の長さが長くなるためインピーダンスが増加し、同じく発熱が多くなる問題があった。

このような問題を解決するために、ステッピングモータの表面温度を検知し、表面温度が所定値以上となったとき、モータへの印加電圧を定常時の電圧値よりも低い電圧値に切換え、その低い電圧値の間モータに供給する駆動パルスのパルス幅を広げる手段を採用し、これにより、モータの相電流を低く抑え、モータの発熱を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２８０１９４号公報

上記特許文献１の技術は、ステッピングモータの電流を実質的に２段階に切換制御して異常状態にならないように抑制しているが、モータの表面温度が所定値以上にならないと電流を切り換る制御が実行されないという問題がある。特に、ステッピングモータを表面温度が低い状態で起動する場合、起動初期の立ち上げ期間、上記のとおり大きな電流がコイルに流れるにもかかわらず、電流値を低く抑えることができなかった。また、温度計測手段が故障したり、計測温度の設定値が適切でないときは、適切な電流制御ができなかった。

また、電流が大きな値にならないようにするために、起動電流の値を小さくすると、起動時間が長くなる問題がある。

本発明の目的は、前記問題点に鑑み、起動時のコイル電流が大きくなることを抑制し、起動時間を短縮し、異常な温度上昇を防止するようにしたステッピングモータの駆動方法および駆動装置を提供することにある。

本発明のステッピングモータの駆動方法および駆動装置は、起動時の加速途中で印加電圧を低電圧から高電圧へ２段階に切り換る駆動態様を採用する。

具体的には、以下のようになる。
（１） ステッピングモータの駆動方法は、制御手段により、モータの回転数が所定回転数になる電源切換時までは２電源切換手段をＯＦＦにして低電圧電源のみを給電路に接続し、前記モータの回転数が所定回転数以上になったとき前記２電源切換手段をＯＮにして前記給電路に高電圧電源を接続するように制御することを特徴とする。
（２） ステッピングモータの駆動装置は、高電圧電源と低電圧電源をモータのコイルへの給電路に切換可能に接続する２電源切換回路と、前記２電源切換回路を制御する制御回路を有する駆動装置であって、前記制御回路は、モータの回転数が所定回転数になる電源切換時までは前記２電源切換回路をＯＦＦにして低電圧電源のみを給電路に接続し、モータの回転数が所定回転数以上になったとき前記２電源切換回路をＯＮして前記給電路に前記高電圧電源を接続するように制御することを特徴とする。
（３） 上記（２）記載のステッピングモータの駆動装置において、前記低電圧は、起動当初における駆動電流の値が過電流とならない電流値になる電圧値としたことを特徴とする。
（４） 上記（２）又は（３）記載のステッピングモータの駆動装置は、起動当初から電源切換時までの前半の起動特性と、電源切換時から定常運転に移行する起動完了時までの後半の起動特性によりステッピングモータの起動を行う駆動装置であって、前記起動特性を回転数の経過時間変化特性として表したとき、前記後半の起動特性の傾きを前記前半の起動特性の傾きより大にしたことを特徴とする。
（５） 上記（４）記載のステッピングモータの駆動装置は、起動当初から電源切換時までの経過時間に、電源切換時から定常運転に移行する起動完了時までの経過時間を加えた合計時間を、前記後半の起動特性の傾きを前記後半の起動特性を調整して制御するようにしたことを特徴とする。
（６） 上記（２）乃至（５）のいずれか１項記載のステッピングモータの駆動装置は、前記低電圧電源の電圧を定常運転時の回転数に満たない印加電圧としたことを特徴とする。

本発明のステッピングモータの駆動方法および駆動装置は、以下の効果を奏する。
（１） 起動前半は低電圧で起動するため、起動電流の値を低減することができる。起動後半は高電圧で起動を継続するため、起動期間全般を低電圧で起動する場合と比べ、所定回転数までの起動時間を短縮することができる。
（２） 起動後半は高電圧で起動するので、起動期間全般を低電圧で継続する場合と比べ、定常状態での使用回転数を電圧差分高く設定することができる。

本発明は、ステッピングモータの起動時に、２電圧制御を行うことを要旨とする。「起動完了」とは、起動当初（回転開始）から加速して回転数が一定になる定常駆動状態までの間をいう。起動は立ち上げともいう。

ここでいう２電圧制御は以下のような制御態様を採る。

図１は、本発明の２電圧制御の特性図である。

データ採取用のモータは、振動発生用のウエイトを取り付けたアウターロータ型で、直径（φ）が１０ｍｍ、高さ（Ｈ）が３ｍｍのステッピングモータとする。

印加電圧は２．２Ｖ（低電圧）と２．８Ｖ（高電圧）とする。

（１）回転数対起動時間特性：
起動時間は起動開始からの経過時間を表す。

図１は表１の回転数対起動時間特性をグラフとして表した特性図である。

図１では、モータへの印加電圧を起動前半で低電圧にし、起動当初の過電流の発生を防止し、起動途中から後半は印加電圧を切り換えて高電圧にして、駆動電流を大電流にし、所定回転数までの立ち上げ時間が短くなるように改善している。

なお、起動完了後の回転数が、印加電圧２．２Ｖの特性と印加電圧２．８Ｖの特性で同じになっているのは、起動特性の比較のために同じになるように制御したためである。基本的には、印加電圧の選択および任意の電流値制御の態様の選択を行うことにより適宜行われる。

図中、特性曲線は説明の都合上２本だけ示されているが、採り得る電圧の間隔に応じて複数の特性曲線を考慮の対象とすることができる。

特性曲線は印加電圧の値に応じて傾きが異なる。電源切換回転数（５０００ｒｐｍ）になる時間から起動完了（８５００ｒｐｍ到達）時間までの間隔は、２．２Ｖ特性ではＡ時間を要し、２．８Ｖ特性ではＢ時間を要する。Ａ時間よりＢ時間の方が短い。従って、傾きは、２．２Ｖの特性曲線より２．８Ｖの特性曲線が大きい。印加電圧を連続的に切り換ることにより、異なる傾きの特性曲線とすることができる。印加電圧は、２以上の任意数の電圧値とすることができる。また、特性曲線を連続的に組み合わせる場合、全起動時間を、傾きの異なる特性曲線を組み合わせることにより、所望の時間とすることができる。また、起動当初の電流値を過電流とならないように印加電圧で調整することができる。
（２電圧切換制御）
図１中の電圧切換タイミング（５０００ｒｐｍに達した）０．１３０秒の点Ｐ１でステッピングモータへの印加電圧を２．２Ｖ（低電圧）から２．８Ｖ（高電圧）に切り換る。

その結果、特性としては、２．２Ｖ（低電圧）の特性の略下半分の特性Ｔ１に続けて２．８Ｖ（高電圧）の特性の略上半分の特性Ｔ２が続く合成特性となる。

このため、回転数が所定回転数になったとき、印加電圧を低電圧のみとした場合の起動時間と比べ、ｔ１（秒）だけ短縮される。従って、加速時間を短くすることができ、起動完了を早くすることができる。
（２）モータ電流対スピード特性：
スピードは１分間（ｍｉｎ）あたりの回転数（ｒｐｍ）を表す。

図２は本発明の表２のモータ電流対スピード特性をグラフとして表した特性図である。表２および図２の高電圧は２．６Ｖになっていて、表１および図１の高電圧の２．８Ｖと異なるが、低電圧の２．２Ｖとの相対的な比較であるので、それぞれの特性の傾向は変わらない。

図２の特性から以下のことがわかる。
（ａ）全体の傾向として、印加電圧を高くすると電流値が大きくなる。
（ｂ）全体の傾向として、スピードが大きな値になるにつれて、モータ電流は小さくなる。但し、微視的にみれば、全体の傾向に反し、多少変動するところもある（スピードの速い領域で特性曲線が一旦最小電流となった後微増するデータもあるが、これは全体の傾向には影響しない変動分とみることができる）。

図２の特性は、スピードの増加に比例して電流の周波数が増加し、その周波数の増加によりインピーダンスが増加し、従って電流値が減少する特性に整合するもので、合理的な特性である。
（３）最大スピード対印加電圧特性：

図３は本発明の表３の最大スピード対印加電圧特性をグラフとして図示した特性図である。

図３の最大スピードの印加電圧特性は、略直線で比例する特性を示す。

図３から、印加電圧が高いほど、最大スピード、換言すれば１分間あたりの回転数が大きな値になる。

（４）上記（１）〜（３）の特性のまとめ：
以上説明したそれぞれの特性を基に前記目的を達成する手段をまとめると、以下のようになる。
（ａ）起動時前半の印加電圧を低電圧にし、起動時前半のモータ電流を低く抑えて過電流状態の発生を抑制し、消費電力を少なくする。

例えば、起動当初の電流値が、モータの定格電流を超える過電流又はコイルの温度が定格を超える過電流とならない電流値とする。
（ｂ）起動時後半の加速途中で印加電圧を高電圧に切り換え、過電流状態の発生無くして定常時の高い回転数を確保する。ウエイトを取り付けた振動モータとしてのトルクを確保する。
（ｃ）回転数の起動当初からの経過時間変化特性における、電圧切換時以後で一定回転数になるまでの傾きを、電圧切換時以前の特性曲線の傾きより大にする。

起動当初から一定回転数になるまでの時間を、電圧切換時以後で一定回転数になるまでの傾きを、印加電圧をそれまでの低電圧以上に換えて大にし、立ち上げ時間を電圧切換前の低電圧だけによる立ち上げ時間より短くする。

図４は、本発明のステッピングモータの駆動装置の回路図である。

図４は、２電源切換方式の例を示す。

図４のステッピングモータの駆動装置２１は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）２２と、ステッピングモータの駆動回路から構成される。ＭＰＵ２２と該駆動回路は１チップ上に搭載される。該駆動回路は、制御信号発生回路２３、スイッチング回路２４、２電源切換回路となる電流チョッパ回路２７、電源遮断回路２８からなる。該駆動回路は、高電圧電源ＶＨと低電圧電源ＶＬに接続されている。ＭＰＵ２２と制御信号発生回路２３をまとめて制御回路３０と表す。

高電圧電源ＶＨは電流チョッパ回路２７のトランジスタ３１によりコイル８への給電路を遮断可能に接続されている。低電圧電源ＶＬは、高電圧電源ＶＨが給電路から遮断されたとき有効になるように、ダイオード３８を介して給電路に接続されている。両電源を遮断するときは、電源遮断回路２８のトランジスタ３７をＯＦＦにする。

制御信号発生回路２３は、ＭＰＵ２２からの制御指令に基づいて各種信号を作成し、制御対象の素子（トランジスタ３４，３７、基準電圧Ｖｒ、パワートランジスタ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ）等へ出力する。

電流チョッパ回路２７は、スイッチング回路２４に流れる電流を抵抗Ｒで検出した電圧と、制御信号発生回路２３により制御される基準電圧Ｖｒとを比較する比較器３６と、比較器３６の出力を受けてトランジスタ３１のベース電流を制御するためトランジスタ３４およびトランジスタ３４のベース電位をクランプするクランプダイオード３５と、ベースがバイアス抵抗３３とクランプダイオード３２によりバイアスされると共にトランジスタ３４のコレクタに接続されたトランジスタ３１とからなる。トランジスタ３１のコレクタには高電圧電源ＶＨが接続され、エミッタには低電圧電源ＶＬが接続される。

具体的には、制御信号発生回路２３は、
（１）１相のバイポーラ方式のコイル８に駆動パルスを印加するために、スイッチング回路２４のパワートランジスタ２５ａ〜２５ｄそれぞれに所定のタイミングでゲート信号（駆動パルス）を出力し、
（２）電流チョッパ回路２７のトランジスタ３４を常時ＯＮにし、トランジスタ３１を常時ＯＦＦにして、コイル８に印加される電源を低電圧電源ＶＬに切り替えるために、電流チョッパ回路２７の基準電圧Ｖｒを低電圧又はゼロボルトに強制的に変更する信号を出力し、
（３）コイル８に流れる電流を一定値の電流とするために、コイル８に印加される電源が高電圧電源ＶＨのとき、比較器３６の基準電圧Ｖｒを所望のトルクを発生することができる定電流値に対応する電圧に設定する信号を出力し、
（４）コイル８にかかる電源電圧を０（ゼロ）Ｖに落とすために、電源遮断回路２８のトランジスタ３７にＯＦＦ信号を出力する。

給電路に使用するトランジスタやスイッチング素子としては、例えばＭＯＳＦＥＴのような電流容量の大きなパワートランジスタであれば任意のものでよい。基準電圧Ｖｒは制御信号発生回路２３からの信号に応じて電圧値が変化する形態のものとする。

スイッチング回路２４は、パワートランジスタ２５ａと２５ｂ、２５ｃと２５ｄのそれぞれの直列回路と、２個のクランプダイオード２６の直列回路の１対にモータ１相分のコイル８がバイポーラコイル方式に接続されている。コイル８は図１の１相のステッピングモータのコイルを構成する。

電流チョッパ回路２７は、コイル８に印加される電源が高電圧電源ＶＨのとき、コイル８に流れる電流を抵抗Ｒで電圧として検出し、検出電圧を比較器３６で基準電圧Ｖｒと比較し、その偏差分でクランプダイオード３５でクランプされたトランジスタ３４のベース電位を制御し、高電圧電源ＶＨをスイッチング回路２４へ切り替えて供給し、コイル８に流れる電流を一定値の電流とする。このとき、比較器３６の基準電圧Ｖｒを所望のトルクを発生することができる定電流値に対応する電圧に設定する。ＭＰＵ２２からの制御信号により、制御信号発生回路２３を介してパワートランジスタ２５ａ、２５ｂ、２５ｃと２５ｄがゲート制御される。ＭＰＵ２２は、比較器３６の基準電圧Ｖｒを制御し、トランジスタ３１をＯＮ，ＯＦＦして高電圧電源ＶＨの給電路への接続又は遮断を行う。

また、電流チョッパ回路２７は、制御信号発生回路２３からの駆動パルスの供給をＯＦＦ（停止）するタイミングに合わせて電流チョッパ回路２７の基準電圧Ｖｒを低電圧又はゼロボルトに強制的に変更する信号を受けて、トランジスタ３４を常時ＯＮ、トランジスタ３１を常時ＯＦＦにして、コイル８に印加される電源を低電圧電源ＶＬに切り替える。

電源遮断回路２８は、そのトランジスタ３７に制御信号発生回路２３からのＯＦＦ信号を受けて、コイル８にかかる電源電圧を０（ゼロ）Ｖに落とす。

ＭＰＵ２２は、停止制御プログラム、駆動制御プログラム、定電流制御プログラム等のプログラムに従って制御信号発生回路２３を介してトランジスタ３１をチョッパ動作させ、例えばＰＷＭ（パルス幅）制御する。発生トルクを大きくするために定電流制御が好ましい。

以下に説明する起動時の電圧制御およびこの電圧制御を含む速度制御はＭＰＵ２２が備えるプログラムに従って実行される。それぞれの制御は経過時間又は回転数をカウントして実行する。それぞれ分けて説明する。

図５は、本発明の速度・電圧制御（プログラム制御）の特性図である。

図５（ａ）は速度制御特性図であり、図５（ｂ）は電圧制御特性図である。

図５の特性を抽出したサンプルは、直径（φ）が１０ｍｍ、高さが３ｍｍ、回転数が８５００ｒｐｍのステッピングモータである。

速度・電圧制御は、まず、ｔ１の時点でコイル８への給電路に低電圧（２．２Ｖ）電源を接続し、駆動パルスの周波数を上昇させてゆく。この低電圧電源の接続から１１０ｍｓ経過した時点ｔ２で回転数が５０００ｒｐｍまで上昇する。この経過時間（１１０ｍｓ）またはこの回転数（５０００ｒｐｍ）を検出したとき、コイル８への給電路に高電圧（２．６Ｖ）電源を接続する。更に駆動パルスの周波数を上昇させてゆく。経過時間が１９０ｍｓ経過した時点ｔ３で回転数が８５００ｒｐｍまで上昇しこの回転数を維持する。このことは、回転数は印加電圧に略比例し、例えば図２の特性から、回転数に応じた電流値の電流が流れる。そこで、回転数一定又は電流値一定の制御を行うことになる。

起動特性は、直線のように見えるが、起動時間１９０ｍｓの間に特性曲線の傾きの角度が順次大きくなる０ｒｐｍから５０００ｒｐｍまでの立ち上げと、５０００ｒｐｍから８５００ｒｐｍまでの立ち上げを連続して行う。その後、回転数一定制御又は回転数に対応した定電流制御を行う。その後、必要に応じて停止位置制御を行う。停止位置制御は、ｔ４の時点で駆動パルスを停止し、印加電圧を２．６Ｖから２．２Ｖへ切り換える。２．２Ｖの電圧が印加されている時点ｔ４からｔ５の間制動が掛かる。時点ｔ５で２．２Ｖの電源が遮断される。時点ｔ５以降、回転はロータの慣性により特性曲線に現れない程度で少しの間維持される。その後安定位置で停止する。

図６は、本発明の回転数計測例の電圧制御フローおよびその電圧制御フローを含む速度制御フローである。図６（ａ）は電圧制御フローで、図６（ｂ）は速度制御フローである。

ａ）電圧制御フロー（回転数計測例）
スタート
（１）電源切換回転数（５０００ｒｐｍ）および駆動パルスの周波数と回転数の関係を表すテーブルをレジスタに設定する（ステップＳ１）。

ＭＰＵ２２のレジスタに電源切換回転数を記憶する。

ＭＰＵ２２のレジスタに駆動パルスの周波数と回転数の関係を表すテーブルを記憶する。
（２）低電圧電源を給電路に接続する。同時に、回転数の計測を開始する。（ステップＳ２）。

ＭＰＵ２２から制御指令を出力し、制御信号発生回路２３からの信号により比較器３６の基準電圧Ｖｒを調整し、比較器３６の出力によりトランジスタ３４をＯＮになるように設定し、トランジスタ３１をＯＦＦになるように設定する。同時に、制御信号発生回路２３からの信号によりトランジスタ３７をＯＮにする。

同時にＭＰＵ２２又は制御信号発生回路２３の駆動パルスのカウンタをリセットする。
（３）計測回転数が電源切換回転数よりも小（計測回転数＜電源切換回転数）か否か判断する。判断の結果がＹＥＳの場合にはステップ３のはじめに戻る。判断の結果がＮＯの場合にはステップ４へ進む。（ステップ３）。

ＭＰＵ２２又は制御信号発生回路２３で、駆動パルスをカウントし、計測した駆動パルスのカウント値が電源切換回転数に対応するパルス数以上になったとき、次のステップ４へ進み、計測した駆動パルスのカウント値が電源切換回転数に対応するパルス数に満たないとき、再度ステップ３のはじめに戻り、判断を繰り返す。
（４）高電圧電源を給電路に接続する（ステップＳ４）。

ＭＰＵ２２の指令による制御信号発生回路２３からの信号により又は制御信号発生回路２３の信号により、比較器３６の基準電圧Ｖｒを制御して比較３６の出力でトランジスタ３４をＯＦＦにし、トランジスタ３１をＯＮにして、高電圧電源ＶＨを給電路に接続する。
ストップ
ｂ）速度制御フロー（回転数計測例）
速度制御フローは、電圧制御フローに、点線で示した手順を追加したものとなっている。

スタート
（１）電源切換回転数（５０００ｒｐｍ）、駆動回転数（８５００ｒｐｍ）および駆動パルスの周波数と回転数の関係を表すテーブルをレジスタに設定する（ステップＳ１’）。
電源切換回転数（５０００ｒｐｍ）をＭＰＵ２２のレジスタに記憶する。駆動回転数（８５００ｒｐｍ）をＭＰＵ２２のレジスタに記憶する。駆動パルスの周波数と回転数の関係を表すテーブルをＭＰＵ２２のレジスタに記憶する。

回転数は、例えば電源電圧を低電圧から高電圧に切換るタイミングとなる５０００ｒｐｍ、定格回転数となる８５００ｒｐｍに設定する。定格回転数に対応する電流値を設定する。

（２）低電圧電源を給電路に接続する。同時に、回転数の計測を開始する。（ステップＳ２）。

ＭＰＵ２２のプログラム実行に従って制御信号発生回路２３から制御信号を出力し、比較器３６の基準電圧Ｖｒをゼロボルトに下げる。比較器３６の出力によりベース電流引き抜き用のトランジスタ３４をＯＮになるようにし、高電圧電源ＶＨの給電路を構成するトランジスタ３１をＯＦＦになるようにする。

ＭＰＵ２２又は制御信号発生回路２３の回転数のカウンタをリセットする。

給電路のトランジスタ３７をＯＮにし、コイル８への給電路に低電圧電源ＶＬ（２．２ｖ）を接続する。

同時に、スイッチング回路２４のそれぞれのトランジスタ２５ａ〜２５ｄに順次周波数を上げるように駆動パルスを供給する。

（３）計測回転数が電源切換回転数よりも小（計測回転数＜電源切換回転数）か否か判断する。判断の結果がＹＥＳの場合にはステップ３のはじめに戻る。判断の結果がＮＯの場合にはステップ４へ進む。（ステップＳ３）。

ＭＰＵ２２でトランジスタ２５ａ〜２５ｄに供給される前記駆動パルス（供給パルス）の周波数（計測回転数に対応した駆動パルスの数）と、ＭＰＵ２２のレジスタに記憶されている駆動パルス（設定パルス）の周波数（電源切換回転数に応じた駆動パルスの数）を比較し、供給パルスの数が設定パルスの数に満たない場合はステップＳ３のはじめへ戻り、供給パルスの数が設定パルスの数以上の場合は次のステップへ進む。回転数は駆動パルスの周波数（数）に応じて決まる関係を利用する。
（４）高電圧電源を給電路に接続する（ステップＳ４）。

ステップ３で比較している供給パルスが設定パルスに対応する周波数５０００ｒｐｍ以上と判断したとき、ＭＰＵ２２は制御信号発生回路を介して比較器３６の基準電圧Ｖｒを＋入力レベルより上げて比較器３６の出力を−レベルに下げ、トランジスタ３４をＯＦＦにし、トランジスタ３１をＯＮにし、コイル８への給電路に高電圧電源（２．６Ｖ）を接続する。
（５）計測回転数が駆動回転数よりも小（計測回転数＜駆動回転数）か否か判断する。判断の結果がＹＥＳの場合にはステップ５のはじめに戻る。判断の結果がＮＯの場合にはステップ６へ進む。（ステップＳ５）。

ＭＰＵ２２でトランジスタ２５ａ〜２５ｄに供給される前記駆動パルス（供給パルス）の周波数（計測回転数に対応した駆動パルスの数）と、ＭＰＵ２２のレジスタに記憶されている駆動パルス（設定パルス）の周波数（駆動回転数に応じた駆動パルスの数）を比較し、供給パルスの数が設定パルスの数に満たない場合はステップＳ５のはじめへ戻り、供給パルスの数が設定パルスの数以上の場合は次のステップへ進む。回転数は駆動パルスの周波数（数）に応じて決まる関係を利用する。
（６）駆動回転数に対応する電流値の定電流制御に切換る（ステップＳ６）。

供給パルスが設定パルスの周波数８５００ｒｐｍ以上と判断したとき、ＭＰＵ２２は一定の駆動回転数に対応する電流値での定電流制御に移行する。定電流制御は、ＭＰＵ２２が制御信号発生回路を介して比較器３６の基準電圧Ｖｒを制御することにより行う。
ストップ
上記フローでは、回転数が駆動パルスの数に比例することから、モータの回転数のカウントを駆動パルスの数のカウントで置き換えているが、これ以外に、直接、モータの回転軸に設けた回転計で計測することもできる。

以上述べた起動制御の他に、同じ制御回路により、停止制御を行うこともできる。

停止制御フロー
ＭＰＵ２２のプログラム実行により以下の制御フローを実行する。

スタート
（１）それぞれのステッピングモータに合わせた最適制動時間を予め記憶しておく。
（２）制御信号発生回路２３は、
（ａ）タイマーをスタートし、
（ｂ）スイッチング回路２４のパワートランジスタ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄそれぞれへの駆動パルスの供給をＯＦＦにし、回転数を０ｒｐｍへ下げる。

（ｃ）同時に、比較器３６の基準電圧Ｖｒを＋入力より大きな電圧値にする信号を出力し、比較器３６の出力を反転し、トランジスタ３４をＯＦＦにし、トランジスタ３１をＯＦＦにして高電圧電源ＶＨ（２．６Ｖ）をコイル８への給電路から遮断する。低電圧電源ＶＬ（２．２Ｖ）が給電路に接続され、モータが制動状態になる。
（３）タイマーが最適制動時間（例えば、３０ｍｓ）になったとき、トランジスタ３７にＯＦＦ信号を出力し、コイル８への給電路に接続されている低電圧電源ＶＬ（２．２Ｖ）を遮断し、モータの制動を解除する。その後モータが惰性で安定位置まで回転し停止する。
ストップ
最適制動時間は、完全に停止するまで制動を掛け続けるのではなく、制動を解除した後、惰性で安定位置まで回転し、所定時間に安定位置に停止することができる程度の時間掛ける制動を意味する。特に、ウエイトを取り付けた振動モータにとって重要な意味がある。安定位置は、停止位置の位置ずれを起こさず、正しい回転方向に起動ができる位置を意味する。トランジスタは任意の種類のトランジスタを用いることができる。

（実施例１の効果）
回転数又は速度が同じ場合、印加電圧の増加につれて電流値が増加する。起動時、回転数又は速度を所定の値まで立ち上げてゆくとき、印加電圧を低くすると、電流値は小さくなり、所定の立ち上げ時間当たりの消費電力は、印加電圧を高くし、電流値を大きくした場合と比べ少なくできる。

図７は、本発明の経過時間計測例の電圧制御フローおよびその電圧制御フローを含む速度制御フローである。図７（ａ）は電圧制御フローで、図７（ｂ）は速度制御フローである。

図７のフローは、図６のフローにおいて、判断する対象を図６の回転数から起動当初からの経過時間に変更した例となっている。この場合、印加電圧を２段階に選択することにより、図５に例示する起動特性となるように立ち上げ時間を設定する（「モード設定」という。）。モード設定により、起動からの経過時間と回転数の関係を設定することができる。

ｃ）電圧制御フロー（経過時間計測例）
スタート
（１）モード設定を行い、電源切換時間（１１０ｍｓ）をレジスタに設定し、タイマーをセットする（ステップＳ１１）。

ＭＰＵ２２にモード設定を行う。ＭＰＵ２２のレジスタに電源切換時間を記憶する。タイマーをセットする。
（２）低電圧電源ＶＬを給電路に接続する。同時に、経過時間の計測を開始する。（ステップＳ１２）。

ＭＰＵ２２から制御指令を出力し、制御信号発生回路２３からの信号により比較器３６の基準電圧Ｖｒを調整し、比較器３６の出力によりトランジスタ３４をＯＮになるように設定し、トランジスタ３１をＯＦＦになるように設定する。同時に、制御信号発生回路２３からの信号によりトランジスタ３７をＯＮにする。

同時にＭＰＵ２２又は制御信号発生回路２３の経過時間のカウンタをリセットする。
（３）計測時間が電源切換時間よりも短い（計測時間＜電源切換時間）か否か判断する。判断の結果がＹＥＳの場合にはステップ１３のはじめに戻る。判断の結果がＮＯの場合にはステップ１４へ進む。（ステップ１３）。

ＭＰＵ２２又は制御信号発生回路２３で、経過時間をカウントし、計測した経過時間のカウント値が電源切換時間以上になったとき、次のステップ１４へ進み、計測した経過時間のカウント値が電源切換時間に満たないとき、再度ステップ１３のはじめに戻り、判断を繰り返す。
（４）高電圧電源を給電路に接続する（ステップＳ１４）。

ＭＰＵ２２の指令による制御信号発生回路２３からの信号により又は制御信号発生回路２３の信号により、比較器３６の基準電圧Ｖｒを制御して比較器３６の出力でトランジスタ３４をＯＦＦにし、トランジスタ３１をＯＮにして、高電圧電源ＶＨを給電路に接続する。
ストップ
ｄ）速度制御フロー（経過時間計測例）
速度制御フローは、電圧制御フローに、点線で示した手順を追加したものとなっている。

スタート
（１）モード設定を行い、電源切換時間（１１０ｍｓ）をレジスタに設定し、タイマーをセットする（ステップＳ１１’）。

ＭＰＵ２２にモード設定を行う。電源切換時間（１１０ｍｓ）をＭＰＵ２２のレジスタに記憶する。起動完了時間（１９０ｍｓ）をＭＰＵ２２のレジスタに記憶する。タイマーをセットする。

（２）低電圧電源ＶＬを給電路に接続する。同時に、経過時間の計測を開始する。（ステップＳ１２）。

ＭＰＵ２２のプログラム実行に従って制御信号発生回路２３から制御信号を出力し、比較器３６の基準電圧Ｖｒをゼロボルトに下げる。比較器３６の出力によりベース電流引き抜き用のトランジスタ３４をＯＮになるようにし、高電圧電源ＶＨの給電路を構成するトランジスタ３１をＯＦＦになるようにする。

ＭＰＵ２２又は制御信号発生回路２３の経過時間のカウンタをリセットする。

給電路のトランジスタ３７をＯＮにし、コイル８への給電路に低電圧電源ＶＬ（２．２Ｖ）を接続する。

同時に、スイッチング回路２４のそれぞれのトランジスタ２５ａ〜２５ｄに順次周波数を上げるように駆動パルスを供給する。

（３）経過時間が電源切換時間よりも短い（経過時間＜電源切換時間）か否か判断する。判断の結果がＹＥＳの場合にはステップ１３のはじめに戻る。判断の結果がＮＯの場合にはステップ１４へ進む。（ステップＳ１３）。

ＭＰＵ２２で起動当初からの経過時間と、ＭＰＵ２２のレジスタに記憶されている電源切換時間を比較し、経過時間が電源切換時間以上の場合は次のステップ１４へ進み、満たない場合はステップ１３のはじめへ戻る。

（４）高電圧電源を給電路に接続する（ステップＳ１４）。

ステップ１３で比較している経過時間が電源切換時間と同じと判断したとき、ＭＰＵ２２は制御信号発生回路２３を介して比較器３６の基準電圧Ｖｒを＋入力レベルより上げて比較器３６の出力を−レベルに下げ、トランジスタ３４をＯＦＦにし、トランジスタ３１をＯＮにし、コイル８への給電路に高電圧電源ＶＨ（２．６Ｖ）を接続する。

（５）経過時間が起動完了時間よりも短い（経過時間＜起動完了時間）か否か判断する。判断の結果がＹＥＳの場合にはステップ１５のはじめに戻る。判断の結果がＮＯの場合にはステップ１６へ進む。（ステップＳ１５）。

ＭＰＵ２２で起動当初からの経過時間と、ＭＰＵ２２のレジスタに記憶されている起動完了時間を比較し、経過時間が起動完了時間以上の場合は次のステップ１６へ進み、満たない場合はステップ１５のはじめへ戻る。

（６）駆動回転数（８５００ｒｐｍ）に対応する電流値の定電流制御に切り換る（ステップＳ１６）。

ステップＳ１５で経過時間が起動完了時間に満たないと判断したとき、ＭＰＵ２２は駆動回転数に対応する電流値での定電流制御に切り換る。定電流制御は、ＭＰＵ２２が制御信号発生回路を介して比較器３６の基準電圧Ｖｒを制御することにより行う。
ストップ
以上述べた制御例は２電源切換制御の例であるが、３以上の電圧の異なる電源を順次給電路に接続する制御態様も採り得る。複数の異なる電圧の確保は、例えば、高電圧を抵抗分割することにより構成してもよい。

本発明の２電圧制御の特性図である。 本発明の表２のモータ電流対スピード特性をグラフとして表した特性図である。 本発明の表３の最大スピード対印加電圧特性をグラフとして図示した特性図である。 本発明のステッピングモータの駆動装置の回路図である。 本発明の速度・電圧制御（プログラム制御）のパターン図である。 本発明の回転数計測例の電圧制御フローおよびその電圧制御フローを含む速度制御フローである。 本発明の経過時間計測例の電圧制御フローおよびその電圧制御フローを含む速度制御フローである。

符号の説明

８ コイル
２１ ステッピングモータの駆動装置
２２ ＭＰＵ
２３ 制御信号発生回路
２４ スイッチング回路
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ パワートランジスタ
２６、３２、３５、３８ ダイオード
２７ 電流チョッパ回路
２８ 電源遮断回路
３０ 制御回路
３１、３４、３７ トランジスタ
３３ バイアス抵抗
３６ 比較器

Claims (6)

1. 制御手段により、モータの回転数が所定回転数になる電源切換時までは２電源切換手段をＯＦＦにして低電圧電源のみを給電路に接続し、前記モータの回転数が所定回転数以上になったとき前記２電源切換手段をＯＮにして前記給電路に高電圧電源を接続するように制御することを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
2. 高電圧電源と低電圧電源をモータのコイルへの給電路に切換可能に接続する２電源切換回路と、前記２電源切換回路を制御する制御回路を有する駆動装置であって、前記制御回路は、モータの回転数が所定回転数になる電源切換時までは前記２電源切換回路をＯＦＦにして低電圧電源のみを給電路に接続し、モータの回転数が所定回転数以上になったとき前記２電源切換回路をＯＮにして前記給電路に前記高電圧電源を接続するように制御することを特徴とするステッピングモータの駆動装置。
3. 前記低電圧は、起動当初における駆動電流の値が過電流とならない電流値になる電圧値としたことを特徴とする請求項２記載のステッピングモータの駆動装置。
4. 起動当初から電源切換時までの前半の起動特性と、電源切換時から定常運転に移行する起動完了時までの後半の起動特性によりステッピングモータの起動を行う駆動装置であって、前記起動特性を回転数の経過時間変化特性として表したとき、前記後半の起動特性の傾きを前記前半の起動特性の傾きより大にしたことを特徴とする請求項２又は３記載のステッピングモータの駆動装置。
5. 起動当初から電源切換時までの経過時間に、電源切換時から定常運転に移行する起動完了時までの経過時間を加えた合計時間を、前記後半の起動特性の傾きを前記後半の起動特性を調整して制御するようにしたことを特徴とする請求項４記載のステッピングモータの駆動装置。
6. 前記低電圧電源の電圧を定常運転時の回転数に満たない印加電圧としたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載のステッピングモータの駆動装置。

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